深基坑預應力魚腹梁工具式組合內支撐施工及經濟效益分析

楊士玨,宣夢銓，孫占利，斯燁煜

(浙江八達建設集團有限公司,浙江 紹興 312000)

深基坑預應力魚腹梁工具式組合內支撐施工及經濟效益分析

楊士玨,宣夢銓，孫占利，斯燁煜

(浙江八達建設集團有限公司,浙江 紹興 312000)

以南通政務中心北側停車綜合樓深基坑為例,詳細闡明了該深基坑及其周邊的工況,剖析了在該基坑工況下基坑支護的選型方式——預應力魚腹梁工具式組合內支撐支護技術,對“預應力魚腹梁工具式組合內支撐支護”從施工工藝流程及注意事項、經濟效益比選及分析等方面進行了詳細的闡述,點明預應力魚腹梁工具式組合內支撐支護技術有著良好的應用前景,有利于我國深基坑支護技術實現建筑工業化、裝配化施工的轉型升級。

深基坑；工具式組合內支撐；預應力；魚腹梁

1 工程概況

本停車綜合樓項目位于南通市政務中心北側地塊,目前為地面停車場。該地塊擬建1棟16層總高度為60.3 m的停車綜合樓：地下兩層汽車庫,地上1層為大廳、廚房、餐廳,2～7層為汽車庫,8層西側為會議中心,東側為汽車庫,9～16層為業務用房。

本項目占地面積3 454.66 m2,總建筑面積為49 593.01 m2,地下建筑面積7 521.22 m2,地上建筑面積4 2071.79 m2。其中車庫建筑面積23 443.84 m2,廚房和餐廳建筑面積3 175.74 m2,會議中心建筑面積1 167.84 m2,業務用房建筑面積14 284.37 m2。

本工程地下為2層地下室結構,單層地下室施工面積為3 760.61 m2,本工程±0.000 m相當于絕對標高為+4.470 m。場地自然地面絕對標高取+4.250 m,對應的相對標高為 -0.22 m,地下室底板墊層底標高為-10.00 m,大面積底板開挖深度約9.78 m。

2 施工重點、難點分析及基坑支撐體系選型

本項目位于政務中心北側停車場地塊,現場施工用地非常緊張,“建筑物(地下室)外邊線”距離本項目“用電紅線”僅5～6 m 距離；而且本工程位于市中心,周邊道路管線復雜,人流量和車流量較大； 再者,本項目南側為南通市政務中心辦公樓,辦公樓與基坑邊線相隔一條6 m寬的道路,施工中必須盡可能減少對政務中心工作人員辦公的影響。基坑平面施工布置圖見圖1。

綜上所述,本項目基坑開挖基本無放坡開挖的可能,基坑支護只有采用內支撐的支護形式。傳統的內支撐支護形式有兩種：現澆鋼筋混凝土內支撐和鋼管支撐。現澆鋼筋混凝土內支撐雖然變形小、剛度大,能很好地控制地下室施工和基礎施工以及周邊鄰近建筑物、 道路和地下管線等公共設施的安全等問題,但由于這種支撐形式在拆除時,噪音大,對環境有害(影響南側政務中心工作人員辦公)；而且這種支撐形式不易于材料的回收,造價較高。而另外一種支護形式鋼管內支撐雖說自重輕,利于施工,造價低,可回收利用,保護環境,但鋼管內支撐剛度小,易失穩,需要豎向水平支撐。

圖1 基坑平面施工布置圖

鑒于此,針對本項目基坑的實際情況,一種“深基坑預應力魚腹梁工具式組合內支撐施工技術”很好地解決了上述困難。該“深基坑預應力魚腹梁工具式組合內支撐體系”是由標準件、輔助件和非標準件,經螺栓聯結,裝配而成的基坑支護體系。通過對裝配式魚腹梁下弦鋼絞線、對撐和角撐構件施加預應力,張緊的鋼絞線在魚腹梁支撐桿上產生較大的反作用力,從而形成了具有較大抗彎剛度的大跨度圍檁結構,大大減少了作用于魚腹梁圍檁上的彎矩。將預應力魚腹梁通過專用節點與施加預應力的對撐和角撐組合,形成完整的預應力支撐系統,抵抗作用于圍檁上的彎矩,控制彎曲變形；最關鍵的是,支撐系統上預加的預應力使圍護結構產生向坑外的超前位移,擠壓坑外土體產生被動土壓力,基坑開挖過程中,土壓力由被動土壓力逐漸向主動土壓力轉化,在一定程度上抵消了一部分的土壓力和位移,從而實現對位移的有效控制[1-2]；更重要的是,該支撐體系施工無噪音,可重復裝配、拆卸和循環使用,成本低廉,符合國家節能減排的產業化政策,因此，該技術無疑是典型的綠色施工技術。

具體地說,針對本工程的基坑采用圍護樁+一道預應力魚腹梁工具式組合內支撐,圍護樁為SMW工法樁(Φ850@1 200三軸水泥攪拌樁,“隔一插二”H700×300×13×24),基坑設計剖面圖、斷面圖及預應力魚腹梁支撐系統平面圖見圖2～4。

3 施工工藝流程及注意事項

3.1 施工工藝流程

預應力魚腹梁工具式組合內支撐施工工藝流程圖見圖5。

3.2 施工注意事項

1) 施工前應編制安裝計劃和構(配)件供應計劃。

2) 配合土方施工,同步進行焊接、布置牛腿；開槽后安裝托座件及支撐梁固定。

圖2 典型剖面圖

圖3 A-A斷面圖

3)方鋼管混凝土立柱施工采用錨樁機引孔、60 kW振動錘送樁的方法(圖6),坑底引孔部分噴入水泥漿(水泥摻量25%)；送樁時配置1臺S3水準儀,在送樁桿上預先劃好標記以控制樁頂標高。

4)牛腿(托架)與圍護結構既有鋼件對接過程中,須有測量技術員全程對牛腿的垂直度、標高、水平度等進行監控。焊好的鋼牛腿須保證三處連接部位牢固可靠,有足夠的穩定性,不得出現歪扭、虛焊現象(圖7)。

5) 圍檁安裝應遵循“先長后短,減少接頭數”的原則,優先使用較長圍檁,特別是標準節的構件,以減少接頭數;圍檁施工質量驗收堅持“過程驗收為主,完工驗收為輔”的原則(圖8)。

圖4 預應力魚腹梁支撐系統平面示意圖

圖5 預應力魚腹梁工具式組合內支撐施工工藝流程圖

圖6 方鋼管混凝土立柱施工

圖7 牛腿(托架)與SMW工法樁中H型鋼翼緣焊接施工

圖8 型鋼與冠梁組合圍檁施工

圖9 托座件安裝施工

6)托座件的安裝務必控制其水平標高,通過角撐、對撐、魚腹梁的定位標高反推其頂面水平標高;托座件的安裝要求嚴格控制垂直度,即使立柱樁發生偏位,托座務必要通過加墊鋼板達到垂直要求(圖9)。

7)角撐安裝:角撐與圍檁之間有夾角,不宜直接安裝并施加預應力；每道角撐安裝前應先在地面進行預拼接,并檢查預拼后支撐的順直度,經檢查合格后按部位進行整體吊裝就位(圖10)。

圖10 角撐安裝施工

圖11 魚腹梁安裝施工

8)魚腹梁安裝

①魚腹梁安裝應按照設計跨度在地面進行預拼,螺栓緊固務必達到設計及規范要求(圖11)。

②安裝用千斤頂、油表必須進行定期標定,并做好記錄。預應力筋下料時采用砂輪機切斷,不得使用氧氣、乙炔切割和電焊切斷,以免燒傷預應力筋。鋼絞線張拉應力值符合設計要求,張拉伸長率無異常。

③魚腹梁預拼完成后整體起吊擺放在支撐牛腿上,支撐起吊后兩端由人工牽引,確保支撐整體穩定。

④鋼絞線實施張拉時,應使張拉千斤頂的作用線與鋼絞線的軸線重合一致。

⑤鋼絞線張拉應按順序逐根進行,考慮因鋼絞線之間摩阻力的影響,每層分別分三次張拉。

9)連接工藝

①構件中心的位置調整完畢后,即可安裝高強螺栓。扭剪型高強螺栓墊圈應安裝在螺母一側,并注意螺母和墊圈的安裝方向,不得裝反。

②遇有高強螺栓不能自由投入孔內時,不得強行打入,應先用鉸刀進行擴孔或修孔后,再穿入,但修孔后,孔徑不得大于原孔徑2 mm。

③安裝時先在安裝臨時螺栓余下的螺孔中投滿高強螺栓,并用扳手緊固后,再將臨時普通螺栓逐一以高強螺栓替換,并用扳手擰緊。

④螺栓孔眼不對,不得任意用氣割擴孔或改為焊接。

⑤高強螺栓的緊固,應分兩次擰緊：第一次為初擰,第二次緊固為終擰。應緊固到標準拉力偏差不大于±10%。

⑥每組擰緊順序：應從節點中心部位開始逐步向邊緣(兩端)施擰；整體結構的不同連接位置或同節點的不同位置,有兩個連接構件時,應先緊主要構件,后緊次要構件。

10)變形監測

工具式支撐系統的變形監測一般與基坑監測同步進行,監測內容有整體相對水平位移、構件軸力變化(圖12)。

圖12 監測點設置

①整體相對水平位移監測：監測點位置一般設置在與鋼圍檁平行的正上方,固定后拉鋼線且設置鋁質發射板,數量根據工程大小確定。監測頻率正常情況下2～3次/d,異常情況下4～6次/d。

②構件軸力監測：采用弦式反力計或應變片直接布置于裝配式鋼支撐構件主要受力點,通過傳導電纜線將變形應力進行集成,監測頻率正常情況下1～2次/d,異常情況下3～6次/d。

③專業人員分析監測結果,并及時通報各方。

11)預應力魚腹梁工具式組合內支撐的拆除

①支撐拆除前必須對拆除區域的預應力進行釋放,其單次預應力釋放順序：魚腹梁→角撐對拆除區域的預應力釋放遵循分級循環釋放的原則,采用3輪進行預應力釋放,見圖13。

②工具式組合內支撐拆除前,應先進行可靠的換撐工作(局部斜換撐施工結束),結合南通政務中心北側停車綜合樓深基坑圍護工程地下主體結構施工考慮,支撐拆除區域內預應力采用分級卸載方式,并且安全卸載后,需觀察4～5 h基坑變形情況,等穩定后再吊運鋼構件,以保證基坑的安全穩定(圖14)。

圖13 預應力釋放圖

圖14 預應力魚腹梁拆除前、卸荷后

③預應力魚腹梁工具式鋼支撐的拆除順利一般按安裝的逆序進行(監測→釋放鋼絞線預應力→拆除角撐及魚腹梁→拆除鋼圍檁及支撐梁→拆除牛腿及方鋼管混凝土立柱),且嚴格遵守設計要求(圖15)。

④支撐拆除前現場施工隊須做好應急準備(應急物資、設備須到場),同時做好變形監測等工作。

⑤拆撐前還須劃分坑周保護區,滑裂面3.0 m范圍以內為重點保護區,拆除過程中嚴禁過量堆載(通常情況下堆載不宜大于20 kN/m2)。

⑥魚腹梁拆除時若現場條件允許,可以整體卸除預應力后直接吊裝至地面進行分解；若不具備整體移吊條件,應根據現場環境,拆除鋼絞線后,先拆分后吊運鋼構件。

⑦支撐體系的預應力釋放之后,開始拆除支撐連接處的下部螺栓,上部螺栓只須擰松即可。

⑧鋼支撐拆除后應進行整理,凡構件變形超過規定要求或局部殘缺的應進行校正修補。支撐應分層堆放整齊,高度一般不超過4層,底層鋼支撐下面應安設好墊木。

圖15 預應力魚腹梁拆除施工

4 經濟效益比選及分析

本工程采用預應力魚腹梁工具式組合內支撐技術方案比傳統鋼筋混凝土內支撐技術方案在環保、施工便利、施工成本、施工安全等方面有著明顯的優勢。見表2。

表2 預應力魚腹梁工具式組合內支撐與傳統鋼筋混凝土內支撐的比較

5 結 語

通過對該項目深基坑預應力魚腹梁工具式組合內支撐裝配式施工工藝流程的系統介紹，并就預應力魚腹梁工具式組合內支撐和傳統鋼筋混凝土內支撐從七大方面進行比較，闡明相對于傳統鋼筋混凝土內支撐， 預應力魚腹梁工具式組合內支撐技術具有安全可靠、變形動態控制、縮短工期、施工便利、節省造價、環保節能等一系列優點,符合國家建筑工業化政策導向，是典型的綠色施工技術，其有著良好的發展和應用前景,并有利于我國深基坑支護技術實現建筑工業化、裝配化施工的轉型升級。

[1] 黃茂松,王衛東,鄭剛.軟土地下工程與深基坑研究進展[J].土木工程學報,2012(6):146-161．

[2] 劉發前,盧永成.裝配式預應力魚腹梁內支撐系統的利與弊[J].城市道橋與防洪,2013(7):117-125．

Support Construction in the Prestress Abdominal Beam Tule-Type Group of Deep Foundation Pit

YANGShijue,XUANMengquan，SUNZhanli，SIYeyu

2016-09-14

楊士玨(1979—),男，湖北孝感人，高級工程師，從事工程技術管理工作。

TU470+.2

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1008-3707(2017)01-0042-08